平均风效应对悬索桥全过程颤振性能的影响研究

为准确评估大跨悬索桥的颤振性能,建立平均风与气弹效应一体化气动力时域模型,研究平均风效应对悬索桥颤振临界风速与后颤振响应特性的影响。采用阶跃函数法建立悬索桥加劲梁断面的气动自激力时域模型,并通过伪稳态气动力扣除法解决时域分析中直接叠加气动自激力与平均风荷载会导致部分气动力被重复考虑的问题,从而构建平均风与气弹效应一体化气动力时域模型。以某大跨悬索桥为背景,基于该模型分析该桥加劲梁的颤振临界风速和后颤振性能。结果表明:平均风效应对加劲梁颤振临界风速具有一定的影响,考虑平均风效应后,加劲梁颤振临界风速稍有提高;平均风效应对加劲梁后颤振响应特性影响显著,考虑平均风效应后,加劲梁后颤振响应达到稳态极限环振动(LCO)所需的时间比不考虑平均风效应时明显缩短,且最终的LCO幅值也有所增大;后颤振频率随着风速的增加呈现递减趋势,相同风速下,考虑平均风效应时的振动频率比不考虑时有所降低。

塔克拉玛干沙漠风沙活动强度特征

通过风资料的统计和计算,对塔克拉玛于沙漠风沙活动强度特征进行了系统研究.结果表明,塔克拉玛干沙漠年平均风速较小,在沙漠内部年平均风速与温度变化呈现'风热同步'现象;有效起沙风作用时间存在明显区域差异,随着风速等级的增加,其出现的频率相应减少,基本上都集中在6.1～10.0m/s之间;输沙势和最大可能输沙量,除若羌地区外,整个沙漠属于低风能环境,且存在很大区域差异,对输沙贡献最大的风速以9.0～11.0m/s为主.

高层建筑风致静力干扰效应的试验和数值研究

首先采用测力天平模型风洞试验研究了2栋高层建筑间的静力干扰效应,得到2个相同的方形截面建筑在不同相对位置时的静力干扰因子Fm.然后基于Fluent 6平台采用RNG(renormalization group,重整化群理论)κ-ε湍流模型,计算了D类地貌风场中2栋高宽比均为6的方形高层建筑模型(10 cm×10 cm×60 cm)在串列、并列和偏置状态下的静态三维流场和风荷载;并与风洞试验得到的静力干扰因子进行了比较.结果表明,数值模拟方法是研究建筑物静力干扰效应的一种有效途径,相对于试验方法,数值模拟更具有优势.

峡谷地形平均风速特性与加速效应

采用计算流体力学(CFD)方法建立多个数值模型,通过与风洞试验的对比分析验证了数值模拟结果的可靠性,较系统地研究并详细分析了峡谷长度、山顶间距、山脉坡度3种地貌因素对平均风加速效应的影响.结果表明:山脉顶部加速效应主要受山脉坡度的影响,在近地面内坡度越大加速效应越明显;峡谷内部加速效应受多种地貌因素影响且变化趋势较为复杂,必须考虑峡谷侧坡边界层的影响和流动的三维效应,当峡谷长度越短、山顶间距越小、山脉坡度越大时,迎风谷口处在近地面内的加速效应越明显.最后计算出典型峡谷的风压地形修正系数,并与我国建筑结构荷载规范进行对比.

群体高层建筑静力干扰效应的定量分析

存在临近建筑的高层建筑的风荷载与其在孤立状态下相比会有较大的不同.在已有研究的基础上,采用相关分析方法对不同参数对两个和三个高层建筑间的静力干扰效应的影响进行了分析,由回归得到了一系列反映不同参数(包括施扰建筑宽度、高度和地貌类型)对静力干扰效应的影响定量结果,它大大地简化了考虑多参数变化干扰效应研究结果的繁杂程度,使结构受扰后的荷载估计计算更趋于简洁合理.这些回归关系具有较高的精度,它们和基本配置在B类地貌下的相应干扰因子等值分布,形成一个较为完整的静力干扰因子分布关系,可供规范应用和参考.

群体高层建筑的平均风压分布特征

在风洞中采用同步测压技术研究了超高层建筑在受到周边建筑干扰后的风压变化,分析了不同宽度比Br和高度比Hr的两个高层建筑在不同相对布置下的相互干扰对风压的影响.结果显示:当施扰建筑位于横风向间距为2倍的受扰建筑迎风宽度的迎风区域内时,其对结构立面平均风压基本呈现遮挡效应,且一般情况下,Br和Hr越大,遮挡效应越明显;但当施扰建筑和受扰建筑串列间距较小且Hr<1时,产生的三维绕流现象可使迎风面局部平均风压升高25%,侧面局部风压升高56%;并列布置时的峡谷效应是导致受扰建筑风压显著增大的主要原因;在并列布置中观测到的最大干扰因子为2.6且随间距的增大而减少,当间距超过受扰建筑宽度的8倍时峡谷效应才趋于消失.由实验结果回归得到的并列布置时的侧立面最大平均风压干扰因子随并列间距比变化的关系式精确度可达99%.

某双塔楼超高层建筑平均风荷载及干扰效应数值模拟研究

采用Realizable k-ε湍流模型对某方形截面双塔楼超高层建筑平均风荷载进行了CFD数值模拟,并对其干扰效应进行了分析。首先,通过将CAARC高层建筑标准模型数值模拟结果与文献结果的对比,验证了本文数值模拟方法及参数的有效性。然后,进行了单体和双塔楼超高层建筑定常绕流数值模拟计算,分析了不同风向角情况下结构表面平均风压和基底气动力的特点,研究了两塔楼间的干扰效应,还通过流场显示对其柳理进行了分析。

大型风力发电机组动态最优控制策略研究

针对额定风速以上变速恒频风力发电机组的运行优化问题,提出了一种基于有效平均风速估计的自适应增益调度线性二次型高斯(AGS-LQG)最优控制策略,通过扩展Kalman滤波进行有效平均风速估计,将此有效平均风速作为调度变量对控制器参数实施AGS,以适应系统稳态工作点的变化,从而可以实现多变量综合优化控制。以1.5MW变速恒频风力发电机组为研究对象,给出了大范围变化风况激励下反映机组运行情况的仿真曲线。仿真结果表明,相对于传统控制策略,所提出的AGS-LQG最优控制策略不仅稳定了风轮转速,平滑了输出功率,而且降低了变桨距机构的动作频率,缓和了传动链上的疲劳载荷,对于改善并网风力发电的电能质量、延长设备的使用寿命具有重要意义。

北大体育馆屋盖的风荷载及周边建筑干扰影响的试验研究

结合北京大学体育馆屋盖结构的风洞模拟试验,分别考虑了有无周边建筑两种情况下的风压分布。以屋盖上的平均风荷载和脉动风荷载为研究对象,对屋盖上的风荷载特性和周边建筑的干扰影响进行了详细的分析。得出的主要结论:上游建筑物的干扰一般会减小屋盖上的平均风压,增大屋盖上的脉动风压,且对迎风前缘的影响比对其他部位的影响大;周边建筑物的布置,也有可能产生"兜风效应"从而显著地增大风压;周边建筑的影响使风压分布更加分散,脉动风荷载对于总的设计风荷载来说不能忽略。

基于厚尾均值广义自回归条件异方差族模型的短期风电功率预测

风电功率预测准确度的提高对提高电力系统调度效率具有重要的作用。基于对风电功率时间序列波动性的研究,推广了一种厚尾均值广义自回归条件异方差(GARCH-M)族短期风电功率预测模型,同时,基于波动补偿项的不同形式,将模型拓展为多种类型的厚尾GARCH-M模型。该类模型能够捕捉风电功率时间序列波动性与其条件均值的直接关系,并能够有效刻画具有高峰度特征的实际风电功率序列的厚尾效应,使风电预测准确度提高。结合江苏地区风电场风电功率实际数据,对所提厚尾GARCH-M模型进行了参数估计,论证了存在于风电时间序列中的GARCH-M效应和厚尾效应,给出了风电功率均值和条件方差的预测方案。算例分析结果验证了所提方法的可行性和有效性,表明了考虑厚尾特征的GARCH-M族模型短期预测效果满意。

基于风电场等效平均风速的风电功率日前预测研究

提出风电机组风速模型及风电场等效平均风速模型,并由此得到基于风电场等效平均风速的风电功率预测方法,与以往基于平均风速的预测方法进行工程应用效果对比,该方法较基于平均风速的预测方法在预测精度方面有明显提高,且模型简易可行,具有通用性。

单山和双山风场特征的CFD数值模拟

采用CFD模拟方法研究单山和双山情况下三维山丘风场,研究计算模型表面粗糙度对风场的影响,计算不同坡度山体情况下单山的风场,进行两个山体左右排列情况的风场计算,分析坡度、风向角、间距对双山风场的影响.研究表明:山体的计算模型表面粗糙度增大时,山顶上方半山高度的加速效应减弱,山后尾流区的高度增加;山体横风切面的加速效应大于顺风切面,横风切面内半山以上的位置均为风速最大值区域;左右双山紧贴排列情况下,风斜吹时前山山顶的加速比大于后山山顶,风直吹的数据在两者中间.

等高双方柱平均风压的阻塞效应

基于同步测压技术,在均匀流场中研究了等高双方柱在3种不同布置情况下平均风压的阻塞效应.群体建筑投影面阻塞度的变化范围为2.7%-10.0%.风洞试验结果表明,在均匀来流中,群体建筑平均风压系数的阻塞效应和单体建筑的较为相似,阻塞效应对模型迎风面平均风压的影响可以忽略;但侧面和背风面平均负压随阻塞度增加显著增大.此外,基于风洞试验结果拟合了平均风压修正公式中的阻塞效应调整因子.对比单体建筑,群体建筑的阻塞效应调整因子更小,阻塞效应更加复杂.

矩形高层建筑平均风压的风洞阻塞效应试验研究

基于同步测压技术,在同济大学TJ-2建筑风洞中进行了单体矩形高层建筑的阻塞效应试验研究。对阻塞度为4.1%、6.1%、8.4%、10.1%的刚性建筑模型在低湍流均匀风场中进行了测压试验,对结果进行了对比分析。主要研究了阻塞效应对模型表面平均风压特性的影响。试验结果表明:在均匀流中,阻塞效应对模型迎风面平均风压系数的影响较小,除靠近角部测点外,影响幅度不足5%;阻塞效应使模型侧面、背风面和顶面平均风压系数降低较为显著,但平均风压系数分布规律没有明显变化。此外,基于风洞试验结果提出了均匀流中矩形高层建筑平均风压的阻塞效应修正公式。

高层建筑表面风压干扰效应研究

基于刚性模型测压实验,研究了不同干扰条件下高层建筑表面风压特性。结果表明:(1)单体建筑表面迎风面风压系数均为正值,其余各面均为负值,且迎风面位于中上部的测点平均风压系数较大;(2)受到来流方向周边建筑的遮挡效应,迎风面转为负压;(3)周边建筑的干扰,使得表面脉动风压系数大于单体工况;(4)上风向周边建筑的干扰效应比下风向更为明显。获得的结果可以为此结构设计提供风荷载,同时也为其他建筑的抗风设计和风洞实验提供技术参考。

雷诺数对大跨屋盖结构表面风压的影响

为研究不同雷诺数对大跨度屋盖结构表面风压分布特性的影响,采用大涡模拟计算流体动力学方法,计算二维屋盖表面平均和脉动风压系数;系统分析雷诺数对屋盖表面风压分布、流动分离及再附着现象的影响.数值计算结果表明:随着屋盖表面特征雷诺数的变化,屋盖表面风压分布亦发生明显变化,特征雷诺数较低时屋盖表面风压较平稳,特征雷诺数升高时屋盖前部的风压系数大幅增大,但增幅逐渐降低,最终趋于稳定.结果验证了雷诺数效应在屋盖结构风荷载模拟中的重要影响.

Wind-induced response analysis of a wind turbine tower including the blade-tower coupling effect

To analyze wind-induced response characteristics of a wind turbine tower more accurately, the blade-tower coupling effect was investigated. The mean wind velocity of the rotating blades and tower was simulated according to wind shear effects, and the fluctuating wind velocity time series of the wind turbine were simulated by a harmony superposition method. A dynamic finite element method (FEM) was used to calculate the wind-induced response of the blades and tower. Wind-induced responses of the tower were calculated in two cases (one included the blade-tower coupling effect, and the other only added the mass of blades and the hub at the top of the tower), and then the maximal displacements at the top of the tower of the tow cases were compared with each other. As a result of the influence of the blade-tower coupling effect and the total base shear of the blades, the maximal displacement of the first case increased nearly by 300% compared to the second case. To obtain more precise analysis, the blade-tower coupling effect and the total base shear of the blades should be considered simultaneously in the design of wind turbine towers.

一种弹性机翼的颤振主动抑制与阵风减缓方法

由于航空器的弹性性质,飞行过程中飞行参数的不断变化会引发运动稳定性和阵风响应特性的改变。在设计颤振主动抑制或阵风减缓控制器的过程中,以某一飞行状态为基础设计出的控制律往往不能保证在一定飞行参数范围内的性能。针对此问题,首先通过非定常气动力有理拟合方法建立时域连续阵风响应状态空间方程,再考虑模型随马赫数和动压的变化特性建立线性参数变化(LPV)模型。最后以线性参数变化模型为基础构造了包含动压和马赫数参数不确定性的线性分式变换模型,并设计了机翼颤振主动抑制与阵风减缓鲁棒控制器。结果表明,对于算例机翼,其在马赫数0.5~0.7范围内的颤振动压平均增大10%,且在飞行参数不断变化的时域仿真中,翼尖过载的均方根值降低51.4%。

上海金茂大厦静风荷载研究

本文介绍了上海金茂大厦模型测压的风洞试验，给出了建筑物表面的平均（静）风压系数、平均风压和平均风载体型系数值，并与加拿大试验结果进行了比较。最后通过以平均基底弯矩来定义的干扰系数探讨了建筑物的相互干扰效应。

高层建筑静风荷载的干扰效应研究

在相邻建筑物的干扰下,受扰高层建筑的风荷载与其在孤立状态下相比会有较大的变化。本文采用测力天平模型风洞试验研究了两个高层建筑间的静力干扰效应,得到了两个相同的方形截面建筑在不同相对位置时的静力干扰因子IFm。并且首次引入了正交试验法设计试验方案,研究了施扰建筑高度、截面尺寸和外形对顺风向静力干扰因子IFm的影响。应用人工神经网络方法对试验结果进行了模拟和推广,给出了IFm的等值线图,可供规范应用和参考。